La criminalité, prévention du terrorisme, surveillance de l'environnement, électronique réutilisable, diagnostic médical et sécurité alimentaire, ne sont que quelques-uns des domaines de grande envergure où un nouveau capteur chimique pourrait révolutionner le progrès.
Capable de reconnaître une vaste gamme de surfaces réactives, la technologie peut capter de petites quantités de composés organiques volatils (COV), comme l'acétone. Lorsqu'il est détecté, le produit chimique fait passer le matériau du bleu au vert.
Les capteurs photoniques sont un marché mondial en plein essor et en pleine expansion. Les recherches d'Oxford pourraient être utilisées pour développer des composés de matériaux photoniques connus sous le nom de capteurs à structure métal-organique (MOF) à faible coût. Cela permettrait une variété de nouvelles applications innovantes, comprenant; dispositifs médicaux portatifs pour le diagnostic et la thérapie non invasifs, biocapteurs pour la protection contre les intoxications chimiques et la contamination des aliments. Des capteurs photoniques MOF intelligents pourraient également être utilisés pour protéger la société contre le crime et le terrorisme. Les applications probables vont des dispositifs de protection individuelle portables, aux technologies anti-contrefaçon, et des capteurs luminescents à base d'optiques réutilisables pour la protection contre les environnements nocifs, tels que les explosifs nitro et les gaz toxiques.
Les MOF sont hautement réglables et ont été décrits comme des « éponges moléculaires solides », avec la capacité d'absorber et de répondre à un certain nombre de solvants et de gaz. Ils sont créés à partir de structures hautement poreuses où les atomes métalliques sont pontés par des molécules de liaison organiques. Les propriétés physiques et chimiques de ces cadres peuvent être conçues pour permettre aux scientifiques de contrôler la fonctionnalité précise du matériau.
Dans une étude présentée dans Matériaux avancés , des ingénieurs de l'Université d'Oxford ont utilisé des composés de matériaux connus sous le nom de structures métallo-organiques (MOF) pour développer une technologie de détection à l'échelle nanométrique «photochimiquement» active. Le matériau détecte et réagit à la lumière et aux produits chimiques, changement de couleur visible, selon la substance détectée.
Professeur Jin-Chong Tan, qui dirige le laboratoire Multifunctional Materials &Composites (MMC) du département d'ingénierie de l'Université d'Oxford, a déclaré :« Ce nouveau matériau possède des propriétés physiques et chimiques remarquables qui ouvriront la porte à de nombreuses applications non conventionnelles. Les matériaux MOF deviennent plus intelligents, et avec des recherches plus poussées, peut être utile pour concevoir des capteurs intelligents et des dispositifs multifonctionnels.'
L'équipe a activement pris des mesures pour traduire cette technologie en impact sociétal, dépôt d'un brevet en juillet 2017, en collaboration avec Samsung Electronics Co. Ltd. Au cours des prochains mois, les chercheurs exploreront les applications médicales du matériau, tels que le déploiement de capteurs photochimiques à l'intérieur des éthylotests portatifs de diagnostic pour des conditions telles que le diabète.
Récemment, cette recherche révolutionnaire a en outre conduit à l'attribution de la prestigieuse bourse de consolidation du Conseil européen de la recherche (ERC) de 2,4 millions d'euros. Le financement soutiendra l'équipe du professeur Tan dans ses travaux de développement de capteurs photoniques intelligents avec la technologie des matériaux à base de MOF.
Abhijeet Chaudhari, doctorant et co-auteur de l'étude, découvert une stratégie synthétique non conventionnelle pour la fabrication de nanofeuillets 2D poreux ((OX-1) d'un matériau MOF 3D), qui pourrait potentiellement révolutionner le domaine des capteurs photoniques.
Le professeur Tan a déclaré : « Réduire la taille de l'architecture de cadre typiquement tridimensionnelle (3-D) des MOF pour produire des morphologies bidimensionnelles (2-D), apparentés aux nanomatériaux topiques 2-D comme les chalcogénures, graphène, et des nanofeuillets d'oxyde, est difficile à réaliser. Encore, le développement de nouveaux matériaux MOF 2-D est important pour l'ingénierie des applications avancées, par exemple :capteurs photoniques et interrupteurs intelligents, électronique à couche mince et dispositifs de détection.'
